Bærekraftvurderinger i VA-system

Transkript

1 Bærekraftvurderinger i VA-system Professor Helge Brattebø, Institutt for vann- og miljøteknikk / Program for industriell økologi, NTNU H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 1

2 Innhold Introduksjon Om bærekraftvurderinger og indikatorier Bærekraft generelt og for VA-system Miljøeffektivitet Livsløpsanalyse (LCA) Kostnadseffektivitet Livsløpskostnader (LCC) Om systemanalyse for VA-system Resultater og anbefalinger fra ulike studier (Sverige, Norge, EU, UK) Metodikk Kriterier Indikatorer Anvendelse En metabolisme-modell for VA-system Vedlegg 1. Systemstudie for energi til vannverk og renseanlegg Oslo 2. Systemstudie energi kjemikalier for vannverk Oslo 3. Systemstudie for bruer (som eksempel på LCA) 4. Forslag til bærekraftindikatorer for VA-system H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 2

3 Utgangspunkt for temaet Økende interesse og bevissthet om bærekraft Utviklingstrekkene siden Brundtlandkommisjonens rapport Miljømessig, økonomisk og/eller sosial bærekraft Erfaringer og utfordringer mht hvordan måle bærekraft Fra ord til handling kan være krevende Betydelige erfaringer å hente fra industri/næringsliv (eks. internmåling, benchmarking, sertifisering, strategisk utvikling i et krevende marked) Måle bærekraft For hvilket formål og på hvilken måte Hva innebærer dette for VA-system? Tilpasse bærekraftvurderingene til VA-systemenes egenart Metodikk som oppleves som meningsfull og som dermed vil brukes Beslutningsstøtte for forbedringer og prioriteringer fremover i tid H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 3

4 Kort om VA-systememes egenart Teknisk Gedigen fysisk kapital, med bredt spekter av typer og teknologier, og store lokale variasjoner Ledningsnettet eldes systematisk, med betydelig rehabiliteringsetterslep VA-systemene må håndtere økende krav til funksjon samt klimaendringer Systemene har lange levetider, og optimal FVD er en betydelig utfordring Økonomisk Økende krav til kostnadseffektivitet, og økt andel kostnader vil gå til FDV Liten politisk vilje til økte VA-gebyrer; gir økonomiske beskrankninger Miljømessig Økende krav mht vannkvalitet og utslipp (vann, luft og jord) Nye krav vedrørende energi, ressursutnyttelse, kjemikalier, gjenvinning og livsløpsvurderinger Sosialt Økende bevissthet og krav mht helse, hygiene, servicenivå, brukeraksept, informasjon til befolkningen o.l. VA-system må vurderes ut fra et mangesidig bærekrafthensyn! H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 4

5 Klimaendring og bærekraftutfordringer Mulighet for store utfordringer fremover? Havnivå? Nedbørsintensitet? Hydraulisk kapasitet? Overløpsutslipp? Oversvømmelser? Energiforbruk? etc. H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 5

6 Hva forstår vi med bærekraft Brundtlandrapporten 1997 Development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs Tre sidestilte dimensjoner Miljømessig bærekraft Økonomisk bærekraft Sosial bærekraft The Natural Step Bruken av fornybare ressurser skal ikke overstige naturens evne til selvfornyelse Bruken av ikke-fornybare ressurser skal være slik at disse ikke uttømmes før alternative løsninger er utviklet Fundamentale økologiske prosesser og systemer må belastes mindre enn tålegrensene H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 6

7 Prinsipper > Kriterier > Indikatorer Begrepene Prinsipper er normative definisjoner av mål for bærekraft Kriterier er et sett av faktorer som kan brukes for å bedømme graden av relativ bærekraft for et antall løsninger Indikatorer måler verdier for prestasjon (fortid/nåtid) og kan brukes for å sette standarder som fremtidig prestasjon kan vurderes mot Kontekst for anvendelse DPSIR / PSR rammeverkene (EEA / OECD) Miljøledelse EMS (ISO 14001) Miljøprestasjonsindikatorer EPE (ISO 14031) PDCA cycle (Plan, Do, Check, Act) Krav til bærekraftindikatorer Være helhetlige, relevante og meningsfulle (for ulike typer brukere/interessenter) Gi beslutningsstøtte for faktiske valg (fremtidsrettede) Være av en type slik at de faktisk blir tatt i bruk!! H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 7

8 Bærekraft i VA-system En relativt omfattende internasjonal litteratur Trenden har vært omfattende bruk av enkeltindikatorer for rapportering av driftsforhold (teknisk tilstand, funksjon, økonomi, utslipp) for VA-anlegg Derimot liten grad av strategiske indikatorer som grunnlag for beslutninger om langsiktige veivalg og tiltak Og liten grad av helhetlige bærekraft analyser av VA-system Forslag til kriterieinndeling for bærekraft i VA-system Økonomiske kriterier Tekniske og funksjonsmessige kriterier Miljømessige kriterier Sosio-kulturelle kriterier (evt. helse/hygiene separat) Vektleggingen av type kriterier varierer mye Forskere (miljø), VA-bransjen (økonomi/funksjon), politikere (sosio-kultur) Mht valg av vektingsmetodikk (vi snakker om en multikriterieanalyse!) HER LIGGER MYE AV UTFORDRINGEN!! H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 8

9 Bærekraft og systemgrenser Romlig: lokalt / globalt komponent / VA-system / hele livsløpet Temporært: fortid / nåtid / fremtid (hvilken tidshorisont?) D: VA-systemet inkl. all oppstrøms og nedstrøms produksjon og håndtering av ressurser inn/ut C: VA-systemet totalt Vannkilde Vannrenseanlegg Vannbehandling Ledningsnett Drikkevann B: Avløpsrenseanlegg Avløpsrensing Resipient Overvann Slamhåndtering Spillvann A: Slambehandling Valg av systemgrenser påvirker valget av kriterier og indikatorer! H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 9

10 Anbefalt metodikk for systemanalyse for VA (Hellström et al. (2000) Fra programmet Sustainable Urban Water Management) Yes! H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 10

11 Prosedyre for utvikling av miljøindikatorer (Palme et al. (2005) Resultat fra forskningsprosjekter mot byer i Sverige) ESIs = Environmental Sustainability Indicators Skal representere viktige kriterier (miljømessig) Legg merke til: Startpunktet er valg av formål og systemgrenser Må baseres på tilgjengelig informasjon og data, samt god kommunikasjon med sluttbrukere Metodikken (rammeverket) testes ved bruk av LCA Indikatorene testes gjennom casestudier i praksis H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 11

12 Prioriterte kriterier og vurderingsmetoder (Hellström et al. (2000) Fra programmet Sustainable Urban Water Management) Forslag etter innledende vurdering av et stort antall delkriterier, med forankring hos VA-systemets interessenter og med normalisering i forhold til påvirkningen VA-systemet har relativt til samfunnet totalt. H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 12

13 Prioriterte kriterier bærekraftvurdering av VA (Foxon et al. (2002) Fra Sustainable Water Industry Asset Resource Decision, UK) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 13

14 Indikatorer for tekniske infrastrukturer (Lindholm (2005) Hentet fra COST C8 2001) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 14

15 Indikatorer for tekniske infrastrukturer (Lindholm (2005) Hentet fra COST C8 2001) Hvordan velge ut de beste indikatorene? Hvor viktig er indikatoren for miljø, økonomi og sosiale aspekter? Hvor relevant for problemet er indikatoren og hvor godt beskriver den trender fra år til år? Hvor mye arbeid og kostnader trengs for å skaffe frem nok relevante data? Hvor god er indikatoren som basis for tiltak og planer? Hvor god er indikatoren som basis for sammenligninger over tid og mellom ulike land og områder? Antall indikatorer? For mange uoversiktlig analyse For få ikke realistisk beskrivelse av virkeligheten Konklusjon indikatorer anbefales Disse må i neste omgang vektes opp mot hverandre H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 15

16 Vekting av indikatorer for alternativ avløpsrensing (Lindholm (2005) Fra en kommune i Akershus; masteroppgave UMB: Wist (2000)) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 16

17 Eks: 3 systemgrenser for slambehandling (Palme et al. (2005) Fra en studie ved Rya-verket, Göteborg) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 17

18 Eks: Økonomi / miljø slamløsninger Stockholm (Palme et al. (2005) Behandling av 1 tonn TS avløpsslam) Agriculture = Pasteurisert slam til landbruket Co-inc = Forbrenning sammen med avfall Bio-Con = Forbrenning samt P-gjenvinning med Bio-Con prosessen Cambi-Krepro = Hydrolyse for P-gjenvinning H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 18

19 Eks: Multikriterieanalyse slam Stockholm (Palme et al. (2005) Behandling av 1 tonn TS avløpsslam) 1. Endelige kriterier utvalgt mht relevans og viktighet 2. For hvert er det angitt en midlere score 1-5 (5= excellent 3 = acceptable) 3. Hvert kriterium er så vektet (relativt til økonomi = 100) 4. Til sist er hver vektet score summert, som grunnlag for samlet vektet sum. H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 19

20 Eks: Anbefaling systemanalyse Stockholm (Palme et al. (2005) Kriterier, indikatorer, systemgrenser, mål) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 20

21 Eks: Anbefalinger systemanalyse Stockholm (Palme et al. (2005) Kriterier, indikatorer, systemgrenser, mål) Økonomi Total årlig kostnad (Kr/år) Ressurser Resirkulering P og N (% av innhold i avløpsvannet) Energi Mengde (KWh/år) Kvalitet (andel brensel, elektrisitet, fornybare kilder) Utslipp til jord Slamkvalitet innhold miljøfarlige stoffer (mg/kg P) Ansvarlig oppførsel hos brukere av P-produkter (%) Aksept Aksept hos brukere av P-produkter (%) Pålitelighet Pålitelighet per anlegg og år (%) Arbeidsmiljø Tilfredshet, stress og påvirkning (% av ansatte) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 21

22 Metabolismemodell for VA-system BOUNDARY CONDITIONS (Economic, Social, Environmental) Resources Resources Resources Resources Resources Resources Resources SOURCE Q 0,1 1 Water Supply Subsystem da 1 /dt A 1 A 2 2 Water Treatment Subsystem Q 1,2 Q 2,3 da 2 /dt da 3 /dt A 3 3 Water Distribution Subsystem Q 3,4 Q 3,5 4 Water Demand Subsystem (A, B, C, D) da 4 /dt A 4 Q 0,5 Q 3,5 Q 4,5 5 Storm- & Wastewater Drainage Subsystem Q 5,6 Q 5,7 da 5 /dt A 5 A 6 6 Wastewater Treatment Subsystem Q 6,7 da 6 /dt da 7 /dt A 7 7 Storm- & Wastewater Discharge & Reuse Subsystem Q 7,0 RECIPIENT Wastes & emissions Wastes & emissions Wastes & emissions Wastes & emissions Wastes & emissions Wastes & emissions Wastes & emissions Subsystem Activities & Technologies Subsystem Activities & Technologies Subsystem Activities & Technologies Subsystem Activities & Technologies Subsystem Activities & Technologies Subsystem Activities & Technologies Subsystem Activities & Technologies OVERALL SYSTEM PERFORMANCE (Economic, Environmental, Safety & Reliability) Parameter notations: 1-7 Subsystems of the urban water service system A-D Water usage purposes in the demand system Q i,j Water flow from subsystem i to j, where 0 is import/export across system boundary A i Physical assets within subsystem i da i /dt Annual change in physical assets of subsystem i H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 22

23 Konklusjoner analyse av VA-systemer Erfaringer fra bærekraftstudien LCA metodikk gir verdifulle innspill Materialbruk, energibruk, ressursinnsats, miljøpåvirkninger Systematisk metodikk, egnet for utvikling av analysens rammeverk og fokusering Bredden av indikatorer velges ut fra faktiske behov Balanse mellom lokalt/globalt og kortsiktig/langsiktig I henhold til informasjonsbehovet til VA-selskapet og interessenter Energibruk, utslipp av CO2, N, P og miljøgifter er viktige parametre Bærekraftanalyse og indikatorer gir god organisasjonslæring og forståelse av årsak virkning sammenhenger Anbefalinger fremover Bruk nok tid på startfasen av analyse prosessen Formål, problemdefinering, systemgrenser Hvorfor utføre analysen og hvordan bruke kunnskapen Arbeid systematisk, med basis i metabolisme-modell for VA-system Få først en helhetlig god oversikt over alle fysiske kapitalressurser (inklusive aktiviteter og teknologier) og strømmer (energi, materialer, kjemikalier) Relater dette til vannmengder, servicenivå og risikoforhold Utvid analysen til miljø økonomi sosiale konsekvenser Involver beslutningstakerne og tenk hvordan resultatene strategisk H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 23

24 Litteratur Foxon T. J. et al: Sustainability criteria for decision support in the UK Water Industry. Journal of Environmental Planning and Management, 45, 2 (2002), Hellström D., U. Jeppsson, E. Kärrman: A framework for systems analysis of sustainable urban water management. Environmental Impact Assessment Review, 20 (2000), IWA: Performance indicators for water supply services. IWA Efficient Operation and Management of Urban Water System Specialist Group, IWA London 2006 Lindholm O.: Hva er bærekraft og hvordan kan man sammenligne bærekraften i ulike systemer? Vatten, 61 (2005), Lindholm O., T. Nordeide: Relevance of some criteria for sustainabiity in a project for disconnecting of storm runoff. Environmental Impact Assessment Review, 20 (2000) Lundin M. et al.: A set of indicators for the assessment of temporal variations in the sustainability of sanitary systems. Water Science & Technology, 39, 5 (1999) Matos R. et al.: Performance indicators for wastewater services towards a manual of best practice. Water Science and Technology: Water Supply, 3, 1-2 (2003) Malmqvist P-A., H. Palmquist: Decision support tools for urban water and wastewater systems focussing on hazardous flows assessment. Water Science & Technology, 51, 8 (2005) OECD: OECD key environmental indicators. Paris, Palme U., A.-M. Tillman: Sustainable urban water systems in indicators: researchers recommendations versus practice in Swedish utilities. Water policy, 11 (2009), Palme U., A-M. Tillman: Sustainable development indicators: how are they used in Swedish water utilities? Journal of Cleaner Production, 16 (2008), Palme U., M. Lundin, A-M. Tillman, S. Molander: Sustainable development indicators for wastewater systems researchers and indicator users in a co-operative case study. Resources, Conservation and Recycling, 43 (2005), UNCSD: Indicators of sustainable development framework and methodologies. New York, H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 24

25 Vedlegg 1 Resultater fra systemanalyse av energistrømmer for anlegg for vannbehandling og avløpsrensing i Oslo Arbeid under publisering G. Venkatesh og H. Brattebø, NTNU H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 25

26 Hva studien omfatter Energi Energi Konsekvens - Økonomi - Miljø (LCA) Konsekvens - Økonomi - Miljø (LCA) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 26

27 Om anleggene Water treatment plants* Wastewater treatment plants $ Oset Skullerud Langlia Alunsjøen VEAS BEVAS 88 MCM 8 MCM 1 MCM 1 MCM 70.8 MCM 40.7 MCM 90% of supply (receives raw water from the Maridalsvannet lake) 8% of supply (receives raw water from the Elvåga lake) 1% of supply (receives raw water from the Langlivannet lake) 1% of supply (reserve water source, receives raw water from the Alunsjøen lake) 63% of total wastewater flow 37% of total wastewater flow Microfiltration Chemical treatment Chlorination UV-disinfection Filtration Chemical treatment Chlorination UV-disinfection Filtration Chlorination Filtration Chlorination Primary clarification, Biological nitrification & denitrification, Sludge digesting & subsequent handling, Ammonia stripping Primary clarification, anaerobic, facultative and aerobic treatment, sludge digestion and handling Hydropower from grid Hydropower & Hydropower diesel in from grid generators for electricity * As at end of year Oset was revamped in $ As at end of year 2007 MCM = million cubic metres Hydropower from grid Hydropower from grid, biogas (heat and electricity), fuel oil Hydropower from grid, biogas (heat) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 27

28 Systemgrenser hva er tatt hensyn til Water treatment Wastewater treatment Considered Not considered Considered Not considered Electricity (production, voltage step-down, transmission) Electricity (production, voltage step-down and transmission) Diesel (production and use in the generator) Construction of equipment used for energy conversion diesel generator set etc. Diesel transport from storage to the plant Heating oil (production, transport and combustion) Biogas (only nitrogen dioxide and sulphur dioxide emissions) Avoided production of natural gas (production, transport and distribution) and electricity (production, voltage-step-down and transmission) Biogenic carbon dioxide and water vapour; Nonmethane volatile hydrocarbons and methane are out of question as complete combustion is assumed Construction of equipment used for energy conversion anaerobic digester, CHP unit etc. H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 28

29 Vannmengder til anleggene Water supplied (million m 3 ) Wastewater treated (million m 3 ) Population of Oslo Per capita water supplied (m 3 per capita p.a.) Per capita wastewater treated m 3 per capita p.a.) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 29

30 Energiforbruk og kostnad Vannbehandl. H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 30

31 Energiforbruk og kostnad Avløpsrensing H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 31

32 Sum miljøbelastning fra energi (LCA normalisert og vektet) Vannbehandling Kraftig økt i 2004 pga ny dieselgenerator Viktigste miljøkategorier: Global oppvarming Ikkefornybare ressurser Forsuring Avløpsrensing 25 ganger høyere miljøbelastning enn vannverk Viktigste miljøkategorier: Forsuring Eutrofiering Fotokjemisk ozon Global oppvarming er negativ (pga biogass) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 32

33 Vedlegg 2 Resultater fra økonomi- og miljøanalyse for vannbehandlingsanlegg i Oslo Arbeid under publisering G. Venkatesh og H. Brattebø, NTNU H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 33

34 Hva studien omfatter Kjemikalier Energi Konsekvens - Økonomi - Miljø (LCA) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 34

35 Fakta om behandlingsanleggene (2009) WTP Oset Skullerud Langlia Alunsjøen Water supply (Mill m3/yr) Percent of supply 90% 8% 1% 1% Raw water source Maridalsvannet Elvåga Langlivannet Alunsjøen Treatment processes Chemical treatment, Microfiltration, Sodium hypochlorite and UVdisinfection Chem. treatment, Filtration, Sodium hypochlorite and UVdisinfection Filtration, Sodium hypochlorite disinfection Filtration, Sodium hypochlorite disinfection H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 35

36 Kjemikalie- og energiforbruk samlet Chemical/s used (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) (kg) Aluminium sulphate Calcium hydroxide Carbon dioxide Chlorine gas Microsand PAX Polymer Sodium hypochlorite Electricity (GWh) Diesel fuel in plant (metric tons) Data courtesy: Kari Aasebo, Chief of Water Supply, Oslo VAV H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 36

37 Systemgrenser hva er med i studien H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 37

38 Kjemikalieforbruk (g/m3) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 38

39 Sum miljøbelastning (LCA) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 39

40 Kostnader energi kjemikalier H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 40

41 Sum miljøbelastning energi kjemikalier H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 41

42 Drivhusgassutslipp energi kjemikalier H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 42

43 Hva forårsaker drivhusgass-utslippene Aluminium sulphate 23.3 (9.56) 28.9 (12.54) 23.2 (9.59) 21.2 (8.5) 19.8 (7.9) 21.0 (5.93) 3.8 (1.58) 1.3 (0.52) Calcium hydroxide 32.1 (44.5) 25.7 (37.66) 29.8 (40.9) 34.9 (47.5) 34.5 (46.5) 27.7 (26.35) 26.5 (35.24) 25.2 (33.5) Carbon dioxide 31.0 (33.69) 33.9 (38.9) 35.1 (38.46) 31.1 (33.1) 32.8 (34.6) 32.9 (24.56) 26.4 (27.63) 25.9 (27.06) PAX N.A. N.A N.A N.A N.A N.A 33.7 (27.1) 38.2 (30.72) (Aluminium hydroxide for PAX) N.A N.A N.A N.A N.A N.A (15.7) 22.3 (17.79) (Hydrochloric acid for PAX) N.A N.A N.A N.A N.A N.A (11.4) 15.9 (12.93) Chlorine gas N.A N.A (2.10) (1.93) (2.5) (2.67) (2.7) (0.13) Sodium hypochlorite N.A N.A N.A N.A N.A 9.2 (37.47) 1.1 (0.92) 0.6 (0.52) Polymer 1.2 (1) 1.7 (1.44) 1.3 (1.08) 1.9 (1.48) 1.6 (1.3) 1.4 (0.79) 3.6 (2.82) 3.8 (3.01) Microsand N.A N.A N.A N.A N.A N.A 0.1 (0.07) 0.1 (0.08) Transport, by road 9.7 (9) 7.6 (7.51) 7.9 (7.41) 7.5 (6.8) 7.7 (7) 7.5 (4.7) 4.7 (4.52) 4.7 (4.52) Transport, by barge N.A N.A N.A N.A N.A N.A 0.1 (0.06) 0.1 (0.07) Contributions to the overall environmental impact by chemicals consumption in % of total (Contribution to global warming has been given in parentheses) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 43

44 Vedlegg 3 Eksempler på livsløpsanalyse (LCA) metodikk utviklet og brukt for miljøvurdering av bruer Fra det nordiske ETSI-prosjektet i samarbeid med Vegdirektoratet J. Hammervold, M. Reenaas og H. Brattebø, NTNU Dette stoffet er kun tatt med som inspirasjonskilde for å vise hvordan en LCA miljøanalyse kan utføres på en systematisk måte for et definert teknisk anlegg, i dette tilfelle tre bruer (Klenevågen stålkassebru, Fretheim trebuebru, og Hillersvika betongkassebru). Metodikken kan være relativt lik ved LCA for VA-anlegg, men disse vil ha mye av sin miljøbelastning knyttet til drift (i motsetning til en bru) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 44

45 The LCA framework (ISO 14041) Life cycle assessment framework Goal and scope definition Inventory analysis Impact assessment: - classification - characterization - normalization - weighting Interpretation Direct applications: - product develpoment and improvement - strategic planning - public policy making - marketing - other H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 45

46 Goal and Scope Definition Defining the goals of the LCA Internal or external purpose Comparison of alternatives, stepwise improvement, environmental declaration, product labelling, etc. Defining the scope of the LCA System borders what to include (space and time) Environmental impact categories to be included (GWP, AP, EP...) Method of impact assessment (valuation, aggregation, weighting) Input data quality requirements and data availability Functional unit Ex.: Person mobility: Transportation of one person 30 km per day for one year, at a given location Ex.: Bridge design: Bridge crossing at a given location and capacity including 100 years of operation and maintenance and demolition Allocation principles (ex.: when recycling is included) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 46

47 Life Cycle Inventory Analysis (LCI) Example A bridge system: Service to society (Functional Unit) Production of elements Transportation to bridge site Construction on site Operation, repair & maintenance End-of-life management Foundation Slope & embankment Extra traffic generation Abutments & piers Main loadbearing structure Secondary loadbearing structure Tromsø bridge Bridge equipment LCI = Quantifying the environmental stressors from the system Resource consumption (Renewable resources, non-renewable resources) Emissions to water, air and soil (NH 3, NO x, SO 2, P, CO 2, CH 4, NO 2, CFC-11, CO, etc.) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 47

48 Flowchart for the life cycle of a bridge H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 48

49 System Tree for Diesel H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 49

50 Environmental Impact Categories (According to the CML Impact Assessment methodology, Leiden Univ.) Resource depletion Abiotic depletion potential (ADP) Impact to soil and water Acidification potential (AP) Eutrophication potential (EP) Impact to air and atmosphere Global warming potential (GWP) Ozone layer depletion potential (ODP) Photochemical ozone creation potential (POCP) Toxicity impacts Human toxicity potential (HTP) Freshwater aquatic ecotoxicity potential (FAETP) Marine aquatic ecotoxicity potential (MAETP) Terrestrial ecotoxicity potential (TETP) SETAC states: The human toxicity and ecotoxicity categories do not yet meet the ISO requirements regarding the natural science background, and need further development. H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 50

51 Life Cycle Impact Assessment (LCIA) NH 3 CFC NOx SO 2 P CO 2 CH 4 NO 2-11 CO c1 c2 c3 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c12 c11 c13 c14 CLASSIFICATION c4 CHARACTERIZATION AP EP GWP ODP POCP In equivalents n1 n2 n3 n4 n5 NORMALIZATION AP EP GWP ODP POCP Dimensionless quantities w1 w2 w3 w4 w5 WEIGHTING WEIGHTED SINGLE SCORE RESULT ci: Characterization indicator i ni: Normalization factor i wi: Weighting factor i H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 51

52 Case study bridges examined for LCA Klenevågen Fretheim Hillersvika Type Steel box girder Wooden arch Concrete box girder Span length 42.8 m 37.9 m 39.3 m Construction length 44.2 m 45.4 m 51.9 m Effective bridge width 7.5 m 6.1 m 10.6 m Construction width 8.5 m 8.7 m 12.2 m Headway 4.1 m - 7 m Traffic lanes Pavement Three case study bridges in Norway were examined Klenevågen (a steel box girder bridge) Fretheim (a wooden arch bridge) Hillersvika ( a concrete box girder bridge) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 52

53 38 INPUT PARAMETERS Data requirements for bridges 3 LIFE CYCLE PHASES 21 BRIDGE PARTS H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 53

54 Midpoint Indicators for Bridge Parts Calculated on basis of LCI results (amount of stressors per bridge part) H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 54

55 Weighted Overall Environmental Impact Contribution by each impact category Typical situation: We would like to know Which design is the better? What environmental impact categories are most important? H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 55

56 Tradeoffs Between Impact Categories? One bridge design is not necessarily the best choice for all impact categories We would like to know Is the result (and conclusion) robust regardless of the type of impact category? If not, will weighting factors be important? H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 56

57 Accumulated Environmental Impact For each bridge part and activity in the life cycle We would like to know: Which parts of the system contribute the most? H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 57

58 Type of Impact for Each Bridge Part We would like to know How much does each bridge main element contribute to each of the environmental impact categories? H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 58

59 Role of Materials and Inputs Global Warming Potential (GWP) for each input variable to the system We would like to know Can we focus LCA improvements mainly on some few materials? If yes, which are they and how can they be improved? H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 59

60 Vedlegg 4 Eksempler på bærekraftindikatorer for bruk ved analyse av VA-system Fra forskningslitteratur og fra VA-sektorens egne organisasjoner H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 60

61 H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 61

62 H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 62

63 H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 63

64 H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 64

65 H. Brattebø: Bærekraftvurderinger i VA-systemer, Kursdagene 2010, side 65